MODUL KESETIMBANGAN Perhatikan reaksi berikut a.n 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g), di sebut juga reaksi... b. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g), di sebut juga reaksi... Perhatikan reaksi: Maka persamaan laju reaksi A + B C + D Coba anda bandingkan dengan reaksi: A + B C + D Untuk Laju pertama : V 1 =... V 2 =... Modul Kesetimbangan Page 1
Jika ( * ) dan ( ** ) di hubungkan, maka K 1... K 2 Dimana V 1 = V 2, maka di dapatkan persamaan umum kesetimbangan adalah K 1... K K2 Reaksi kesetimbangan di bagi 2 yaitu : 1.... 2.... REAKSI KESETIMBANGAN HOMOGEN Reaksi : aa(aq) + bb(aq) cc(aq) + dd(aq) Tetapan reaksi kesetimbangan... Kc =... Reaksi : ma(g) + nb(g) pc(g) + qd(g) Maka tetapan kesetimbangan adalah Kp =... Modul Kesetimbangan Page 2
REAKSI KESETIMBANGAN HETEROGEN Reaksi : ma(aq) + nb(g) pc(s) +qd(aq) Maka,tetapan kesetimbangan adalah CONTOH 0,1 mol HI dimasukkan ke dalam labu 1 liter,lalu terurai menurut reaksi : 2HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) Jika I 2 yang terbentuk 0,02 mol.hitung tetapan kesetimbangannya? Penyelesaian : Modul Kesetimbangan Page 3
Contoh : 1 mol A dan 1 mol B direaksikan dalam wadah 1 liter, sesuai dengan reaksi : A + B C + D. Ternyata pada kesetimbangan didapatkan 0,33 mol A. Tentukan harga K untuk c reaksi tsb! Penyelesaian : DERAJAT DISOSIASI Dalam suatu reaksi berkesudahan (reaksi yang berlangsung sempurna ke arah kanan), zat-zat yang kita reaksikan senantiasa habis, asalkan perbandingan molnya ekivalen. Dalam reaksi kesetimbangan zat-zat yang kita reaksikan tidak pernah habis, sebab reaksi berlangsung dalam dua arah. Oleh karena itu, zat-zat yang kita reaksikan memiliki harga yang disebut derajat penguraian (derajat disosiasi = ). Sama halnya dengan harga K, harga juga merupakan ukuran tentang banyak sedikitnya hasil reaksi yang terbentuk. besar berarti makin banyak yang terurai menghasilkan produk. nterurai α = n mula - mula Modul Kesetimbangan Page 4
Contoh : 4 mol A 2 B 2 di masukkan dalam wadah, lalu terurai menurut reaksi : A 2 B 2 2A + 2B. Jika terbentuk 2 mol A,tentukan derajat disosiasi reaksi tersebut? Penyelesaian : TETAPAN KESETIMBANGAN Kp Reaksi : ma(g) + nb(g) pc(g) + qd(g) Maka tetapan kesetimbangannya adalah Kp= P c P C. PD a A. P B d b Pada saat kesetimbangan, gas-gas A, B, C dan D bercampur dalam suatu ruangan tertentu dan menimbulkan tekanan tertentu. Tekanan tersebut adalah tekanan total yang ditimbulkan oleh campuran gas-gas tsb. Masing-masing gas memiliki apa yang disebut tekanan parsial, yaitu tekanan yang ditimbulkan apabila gas itu sendiri yang berada dalam ruangan. Jika tekanan total adalah P, dan masing-masing tekanan parsial gas adalah pa, pb, pc dan pd, maka : P = pa + pb + pc + pd Tekanan parsial gas-gas berbanding lurus dengan jumlah mol gas-gas tersebut. Gas yang jumlah molnya tinggi akan memiliki tekanan parsial yang besar dan sebaliknya. Tekanan parsial = Mol gas tersebut Mol seluruh gas Tekanan total Modul Kesetimbangan Page 5
HUBUNGAN K p dan K c Tekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi. Persamaan gas ideal P. V = n. R. T Maka tekanan gas : P = n. R. T V Konsentrasi gas = n / V Untuk kesetimbangan, ma(g) + nb(g) pc(g) + qd(g) Persamaan Kp adalah : P A = [ A ] RT P B = [ B ] RT P C = [ C ] RT P D = [ D ] RT Kp = ( Pc ) p. ( P D ) q ( P A ) m. ( P B ) n Kp = ( [ C ] RT ) p. ( [ D ] RT ) q ([ A ] RT ) m. ( [ B ] RT ) n Kp = Kc. ( RT ) n Keterangan : R = 0,082 L.atm./mol. K T = ( t o C + 273 ) K n = ( p + q) (m + n ) Contoh : 1. Tetapan kesetimbangan ( Kc ) reaksi : 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) pada 900 K adalah 1,2. 10 3. Tentukan nilai Kp 2. Konsentrasi kesetimbangan untuk reaksi : N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) Pada 298 K adalah N 2 O 4 = 0,13 M dan NO 2 = 0,001 M.Tentukan nilai Kc dan Kp reaksi tersebut. Modul Kesetimbangan Page 6
Penyelesaian : FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KESETIMBANGAN 1. Konsentrasi Jika salah satu zat konsentrasinya diperbesar (ditambah), maka reaksi akan bergeser dari arah zat tersebut Jika salah satu zat konsentrasinya diperkecil (dikurangi), maka reaksi akan bergeser ke arah zat tersebut. Modul Kesetimbangan Page 7
2. Tekanan dan Volume Jika volume diperbesar (tekanan diperkecil), maka kesetimbangan akan bergeser ke jumlah koefisien yang besar. Jika volume diperkecil (tekanan diperbesar), maka kesetimbangan akan bergeser ke jumlah koefisien yang kecil. 3. Suhu Reaksi kearah kanan endoterm, sehingga NH 3 disebut zat endoterm. Reaksi kearah kiri eksoterm, sehingga N 2 dan H 2 disebut zat eksoterm. Maka : Jika suhu dinaikan, kesetimbangan akan bergeser ke arah zat endoterm. Jika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah zat eksoterm. 4. Katalis Sesuai dengan fungsinya, sebagai zat yang dapat mempercepat reaksi, katalis berfungsi mempercepat tercapainya kesetimbangan. Jadi katalis berfungsi pada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai) dengan kata lain setelah kesetimbangan tercapai katalis berhenti berfungsi. Kc mempunyai harga yang tetap pada suhu tetap. Hubungan K c dengan persamaan kesetimbangan yang setara dapat dinyatakan sbb : Jika reaksi dibalik, maka K c = 1/K c Jika reaksi kesetimbangan dikalikan x, maka K c = K c x Jika beberapa reaksi dijumlahkan, maka harga-harga K c harus dikalikan. Dalam penyelesaian soal-soal kesetimbangan, ada beberapa hal yang harus diperhatikan : 1. Jangan menggunakan hukum aksi massa di atas sebelum menghitung konsentrasi masing-masing zat pada kesetimbangan. 2. Konsentrasi zat-zat selalu dalam satuan molar (mol/liter). Janganlah lupa memperhatikan volume, kecuali jika koefisien kanan dan kiri sama. 3. Untuk zat-zat ruas kiri, berlaku hubungan : Zat pada kesetimbagan = zat mulamula zat yang bereaksi 4. Untuk zat-zat ruas kanan, berlaku hubungan : Zat pada kesetimbagan = zat yang terbentuk dari zat ruas kiri yang bereaksi Catatan : umumnya keadaan mula-mula hasil reaksi tidak ada. 5. Koefisien reaksi pada reaksi kesetimbangan menyatakan perbandingan mol zat-zat ruas kiri yang bereaksi serta mol-mol zat ruas kanan yang terbentuk pada saat kesetimbangan. Modul Kesetimbangan Page 8
HUBUNGAN K PADA REAKSI REAKSI YANG SUDAH SETARA Contoh : 1. Diketahui reaksi kesetimbangan : A + B C ( K 1 = 5 ). Tentukan tetapan kesetimbangan dari reaksi : C A + B K 2 = Penyelesaian : 2. Diketahui reaksi kesetimbangan : 2X + 4Y 2Z K 1 = 25 tentukan tetapan kesetimbangan dari reaksi : X + 2Y Z K 2 =? Penyelesaian : Modul Kesetimbangan Page 9
Tugas Mandiri Petunjuk : 1. Selesaian dengan cara, kecuali teori 2. Kerjakan di kertas folio bergaris. 3. Dikumpulkan pada saat Ulangan Kesetimbangan Pilihlah salah satu jawaban yang benar! 1. Suatu reaksi bolak-balik mencapai kesetimbangan apabila.. a. Reaksi telah terhenti d. Salah satu pereaksi telah habis bereaksi b. Massa zat pereaksi = massa zat hasil reaksi e. Laju reaksi pada kedua arah sama besar c. Jumlah mol zat disebelah kiri dan kanan reaksi sama 2. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut ini : 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) H = - 50 kkal. Pernyataan yang benar adalah : a. Suhu diperbesar kesetimbangan bergeser ke kanan, N 2 O 4 bertambah b. Suhu diperkecil kesetimbangan bergeser ke kanan, N 2 O 4 berkurang c. Suhu diperbesar kesetimbangan bergeser ke kiri, NO 2 bertambah d. Suhu diperbesar kesetimbangan bergeser ke kiri, NO 2 berkurang e. Suhu diperkecil kesetimbangan bergeser ke kiri, NO 2 bertambah 3. Perhatikan kesetimbangan berikut : 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g). Jika pada suhu tetap gas SO 2 (g) dikurangi,, maka arah pergeseran kesetimbangan, harga K berturut-turut adalah a. kekiri, makin besar b. kekiri, tetap c. tidak terjadi pergeseran, tetap d. kekanan, makin besar e. kekanan, makin kecil 4. Proses pembuatan asam sulfat menurut proses kontak dengan kesetimbangan adalah sebagai berikut 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) H = -45 kj agar hasilnya optimal, yang dapat dilakukan adalah.. a. Memperkecil konsentrasi SO 2(g) dan O 2(g b. volume dan temperatur diperbesar c. memperkecil tekanan dan memperbesar suhu d. konsentrasi SO 3(g) diperbesar e. tekanan diperbesar, suhu diperkecil 5. Harga K c untuk rekasi : A (g) + B (g) 2C (g) + D (g) adalah 4. Pada T tetap V dijadikan 2 kali V semula, maka harga Kc menjadi.. a. ½ b. 2 c. 4 d. 8 e. 16 6. Harga K c reaksi : CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g) adalah 0,1. Berapa jumlah mol CO yang harus ditambahkan pada 3 mol H 2 O dalam volume 1 L, agar menghasilkan 2 mol H 2 pada kesetimbangan? a. 4 mol b. 8 mol c. 22 mol d. 40 mol e. 42 mol 7. Perhatikan kesetimbangan berikut : 2HI (g) H 2 (g) + I 2 (g). Jika 2 mol HI, terurai sehingga pada keadaan setimbang terdapat 0,2 mol H 2 dan 0,2 mol I 2. HI untuk reaksi tsb adalah.. a. 0,5 b. 0,2 c. 0,7 d. 0,8 e. 0,25 Modul Kesetimbangan Page 10
8. Harga K p untuk reaksi kesetimbangan 2X (g) + Y 3Z (g) pada suhu tertentu adalah 1/16. Jika dalam kesetimbangan tekanan parsial X adalah 4 atm dan Z adalah 2 atm, maka tekanan parsial Y adalah.. atm. a. 8 b.2 c. 3 d. 7 e. 5 9. Pada suhu 127 o C harga tetapan kesetimbangan Kc untuk reaksi : NH 3 (g) + HCl(g) NH 4 Cl adalah 12,3. Harga Kp untuk reaksi tersebut adalah A. 302,58 B. 226,94 C. 151,29 D. 0,375 E. 0,50 10. Harga ketetapan kesetimbangan Kp pada reaksi : N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) adalah 0,05 atm. Bila tekanan parsial gas N 2 O 4 adalah 3,2 atm.maka tekanan parsial gas NO 2 adalah. A. 6,4 B. 1,6 C. 0,8 D. 0,4 E. 0,04 11. Dalam ruang bervolume 1 liter pada suhu tertentu dimasukkan 7 mol gas NO 2 dan 5 mol gas oksigen membentuk N 2 O 4 menurut persamaan : 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g). Jika pada saat kesetimbangan berlangsung terdapat 3 mol N 2 O 4 dan tekanan total ruang 12 atm, maka A. Kc = 2 Kp/3 B. Kc = Kp C. Kc = 2Kp D. Kc = 4 Kp/3 E. Kc = 4Kp 12. Harga tetapan kesetimbangan untuk reaksi H 2 (g) + Br 2 (g) 2HBr(g) pada suhu 177 o C adalah 25/4.Bila ke dalam ruang bervolume 8 liter dimasukkan masing-masing 3 mol gas H 2, gas Br 2 dan gas HBr, maka pada saat kesetimbangan berlangsung dalam ruang terdapat gas HBr sebanyak mol A. 6 B. 5 C. 4 D. 2,5 E. 2 13. Dalam ruang bervolume 12 liter pada suhu tertentu terdapat dalam keadaan setimbang 0,8 mol gas NH 3 ; 0,5 mol gas HCl, dan 0,7 mol gas NH 4 Cl menurut reaksi : NH 3 (g) + HCl(g) NH 4 Cl(g). Bila pada suhu yang sama ke dalam ruang tersebut dimasukkan 1 mol gas HCl maka pada saat kesetimbangan baru tercapai jumlah mol A. gas NH 3 akan bertambah D. gas NH 4 Cl bertambah B. HCl menjadi 1,5 mol E. HCl berkurang menjadi C. gas NH 3 menjadi 1,8 mol 14. Pada reaksi : A(g) + 2B(g) 2C(g) + D(g), harga tetapan laju reaksi ke kanan adalah 1,2 x 10-2. Bila harga tetapan kesetimbangannya adalah 1,08 x 10-3, maka harga tetapan laju reaksi ke kiri adalah A. 11,11 B. 9 C. 1,29 D. 1,1 x 10-1 E. 1,8 x 10-2 15. Harga tetapan kesetimbangan kesetimbangan untuk reaksi A 2 (g) + B 2 (g) 2AB(g) adalah 9. Bila ke dalam ruang volume 10 liter dimasukkan 5 mol A 2 dan 5 mol B 2, maka pada saat kesetimbangan dalam ruang terdapat AB sebanyak. mol A. 2 B. 3 C. 5 D. 6 E. 7,5 Modul Kesetimbangan Page 11
URAIAN : 1. Perhatikan reaksi berikut: CaCO 2 (s) CaO (s) + CO 2 (g) H = 178 KJ/mol. Jelaskan! a. Arah kesetimbangan ditambahkan CaCO 2 (s) b. Tiga kemungkinan yang dapat dilakukan untuk menggeser kesetimbangan kearah kanan 2. Dalam suatu bejana 4 liter dipanaskan 80 gr SO 3 (Ar S=32, O=16) sehingga sebagian terurai membentuk SO 2 dan O 2. Apabila pada kesetimbangan perbandingan mol SO 3 : O 2 = 2 : 3. Berapa % SO 3 yang terurai? 3. Reaksi N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) mempunyai harga K c = 0,25 pada 227 0 C. Pada suhu yang sama tentukan harga K c dan K p reaksi berikut : a. 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) b. NO 2 (g) 1/2N 2 O 4 (g) 4. Pada suhu tertentu, konsentrasi kesetimbangan dari zat yang terlibat dalam reaksi, A(g) + B(g) 2C(g) + D(g) adalah [A] = [B] = 0,1 M [C] = [D] = 0,2 M jika pada suhu yang sama, 0,1 mol A, 0,1 mol B, 0,3 mol C dan 0,3 mol D dimasukkan ke dalam suatu ruangan hampa bervolume 1 liter, berapakah [A], [B], [C] dan [D] setelah tercapai kesetimbangan? 5. Harga tetapan kesetimbangan Kc untuk reaksi : SO3(g) SO2(g) + ½ O2(g) pada suhu 227 o C adalah 0,025. Tentukan harga Kc dan Kp untuk reaksi : 2SO2 + O2(g) 2SO3(g) pada suhu yang sama. 6. Diketahui harga Kc untuk reaksi ; 2A(g) + B (g) 2C (g) adalah 5. Harga Kc untuk reaksi : C (g) + D (g) A(g) + E(g) adalah 4. Tentukan harga tetapan kesetimbangan untuk reaksi : B(g) + 2D(g) 2E (g). 7. Pada suhu dan tekanan tertentu dalam ruang bervolume 5 liter terdapat dalam keadaan setimbang 0,8 mol H2 ; 0,3 mol I2, dan 0,6 mol HI. Bila pada suhu yang sama ke dalam ruang tersebut dimasukkan 0,7 mol I2, tentukan susunan gas-gas setelah kesetimbangan baru tercapai. 8. Dalam ruang bervolume 10 liter pada suhu tertentu terdapat dalam keadaan setimbang 0,6 mol gas NH 3 ; 0,8 mol HCl dan 0,4 mol NH 4 Cl. Jika pada suhu tetap volume ruang diturunkan menjadi 2 liter, tentukan susunan gas-gas dalam kesetimbangan yang baru. 9. Dalam ruang bervolume 10 liter pada suhu 127 o C terdapat dalam keadaan setimbang 0,4 mol gas H 2 ; 0,5 mol gas I 2 ; dan 0,6 mol uap HI. Kemudian suhu ruang dinaikkan menjadi 175 o C dan ternyata harga Kc pada suhu tersebut adalah 0,8 a. Apakah reaksi pembentukan HI eksoterm atau endotermis? b. Bagaimana susunan gas-gas dalam kesetimbangan baru pada suhu 175 o C? 10. Massa 24 liter campuran uap air, gas hydrogen dan gas oksigen yang berasal dari H 2 O murni yang berdisosiasi pada ( P,T ) adalah 14,4 gram. Jika pada ( P,T ) yang sama massa 1 liter gas nitrogen adalah 1,12 gram,maka tentukan berapa persen derajat disosiasi H 2 O pada saat itu Modul Kesetimbangan Page 12